DOI: 10.1016/j.cej.2021.129152
COVID-19的爆發嚴重影響了人類健康和世界經濟。根據世界衛生組織的指導方針，為了限制細菌和病毒的傳播，必須連續使用口罩以進行個人防護。在此，研究者報告了一種棉-PLA-棉三層可生物降解面罩，其內部過濾層中包含封裝的植物化學物質。通過對PLA和植物化學基草藥提取物進行無針靜電紡絲制備了PLA納米纖維過濾層。與傳統面罩相比，這種3層面罩在壓差為35.78Pa/cm2的情況下具有增強的透氣性和高達97.9％的細菌過濾效率。納米纖維墊的密集網狀結構可有效吸附深入過濾層內部的顆粒物、氣溶膠顆粒和細菌。口罩的疏水層在30cm的距離內具有有效的抗血液飛濺性，從而確保了其在醫療實踐中的應用。使用LibDock算法對植物化學成分進行了計算分析，預測該化學成分對蛋白質結構化細菌位點的抑制活性。分析結果表明，當存在硬脂酸、油酸、亞油酸和花生四烯酸時，具有結構互補性的植物化學物質在抑制靶向細菌界面方面表現出優異的性能。天然棉纖維和PLA生物聚合物在室內牛糞基生物降解漿料存在下顯示出良好的生物降解特性。在漿料中添加粗糖會提高其生物降解性能，使重量變化由7％增加到12％。生物降解漿料中蔗糖含量的增加促進了漿料中細菌的生長，從而提高了生物降解性能。綜上，本研究所開發的新型口罩給日常生活和前線醫護人員帶來了諸多便利，同時也在一定程度上減輕了環境污染。
圖1：無針靜電紡絲聚合物溶液的組件。
圖2：使用標準IS 16289:2014測試透氣性的工作原理。
圖3：PLA納米纖維層在（A）1μm的放大倍率，5kV的加速電壓，（B）3μm的放大倍率，5kV的加速電壓下的FE-SEM顯微照片。
圖4：所研制的PLA納米纖維的AFM顯微照片：（a）2D和（b）3D表面形態。
圖5：（a）C6氟碳涂層表面、棉織物表面和PLA/Neem電紡絲層的接觸角測量結果，（b）表面的Cassie-Baxter狀態和棉織物的超親水性。
圖6：水分子與面罩頂層、中間層和內層的相互作用示意圖。
圖7：含有印楝和檸檬桉的草本植物化學成分對細菌蛋白質結構的計算熱圖分析。（來自肺炎鏈球菌的2YA4-神經氨酸酶（NA）蛋白，來自金黃色葡萄球菌的5CPH-DNA旋回酶B亞基，來自肺炎克雷伯菌的5O77-OmpK35，來自嗜肺軍團菌的4FYE-SidF，來自流感嗜血桿菌的3ZH7-E蛋白）。
圖8：加速電壓為2.5kV時生物降解樣品的FE-SEM圖像：（A）在牛糞和含有生物降解漿料的水中處理30天后的PLA表面，（B）在牛糞、粗糖和含有生物降解漿料的水中處理20天后的PLA表面，（C）在牛糞和含有生物降解漿料的水中處理30天后的棉面，以及（D）在牛糞、粗糖和含有生物降解漿料的水中處理20天后的棉面。
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